随着我国工业化和城市化进程的加快,各类工业污染场地数量迅速增加,迫切需要污染土水风险管控和修复。为控制污染物在浅层土体和地下土水的迁移,研究高效的防渗控污竖向阻隔技术是目前我国环境岩土工程界的重要需求。我国钙基膨润土储量丰富,具有广阔的工程应用前景。论文提出磷酸盐分散剂改良钙基膨润土系竖向隔离墙技术,研究六偏磷酸钠改良钙基膨润土机理及隔离墙防渗控污性能,可为推广膨润土系竖向隔离墙技术在我国污染场地修复的应用提供科学依据。本文以国家自然科学基金项目(51278100)、国家自然科学基金重点项目(41330641)和江苏省杰出青年基金(BK2012022)为课题依托,以六偏磷酸钠改良钙基膨润土系竖向隔离墙为研究对象,以揭示改良机理和明确防渗控污性能为目标,采用室内试验和理论分析相结合的技术路线,对六偏磷酸钠改良钙基膨润土系竖向隔离墙技术进行系统研究,主要研究成果如下:(1)研究了三种磷酸盐分散剂改良钙基膨润土和回填料的分散特性变化规律。通过室内试验,研究了分散剂种类、掺量对钙基膨润土和回填料分散特性指标的影响,对比分析了三种分散剂的改良效果。结果表明,磷酸盐分散剂可显著提高隔离墙材料分散性能,表观黏度、液限和沉降体积随分散剂掺量增加而降低,超过一定值后,降低趋势变缓和;改良钙基膨润土和回填料的化学抗性明显增强;六偏磷酸钠的改良效果优于三聚磷酸钠和焦磷酸钠。(2)系统研究了六偏磷酸钠改良钙基膨润土泥浆的竖向隔离墙施工和易性。通过泥浆和易性测试,明确了六偏磷酸钠和膨润土掺量对隔离墙泥浆工程特性的影响规律。结果表明,六偏磷酸钠可显著改善钙基膨润土泥浆的施工和易性,马氏黏度和泥浆密度随六偏磷酸钠和膨润土掺量增加而增长,滤失量、滤饼厚度和pH值随掺量呈现不同变化规律;马氏黏度、滤失量和滤饼厚度存在唯一对应关系;提出六偏磷酸钠改良钙基膨润土泥浆的关键工艺参数及其优化方法。(3)研究了六偏磷酸钠改良钙基膨润土系竖向隔离墙回填料的防渗和固结压缩特性。通过柔性壁渗透和一维固结压缩试验,查明了改良作用和膨润土掺量对回填料渗透系数、固结与压缩特性的影响规律。结果表明,六偏磷酸钠可降低回填料渗透系数达一个数量级,该降低效果较增大膨润土掺量更为显著;改良回填料渗透系数低于工程设计限值,且与国际广泛应用的砂-优质钠基膨润土隔离墙回填料渗透系数数量级相当;提出了六偏磷酸钠改良钙基膨润土系竖向隔离墙回填料的关键工艺参数及参数优化流程。(4)揭示了六偏磷酸钠改良钙基膨润土的控制机理。通过SEM、XRD、FTIR试验和Zeta电位测量,明确了六偏磷酸钠改良钙基膨润土微观结构的变化特征。结果表明,六偏磷酸钠改良钙基膨润土形成分散、致密的微观结构,土体表面负电势增强;改良后膨润土晶层间距减小;六偏磷酸钠主要通过离子交换、化学吸附及空间位阻稳定作用,增加膨润土颗粒双电层厚度、分离膨润土团聚体、减小孔隙尺寸,进而形成改良钙基膨润土较高膨胀性、良好分散性及防渗性。(5)明确了单一、复合金属作用下改良钙基膨润土系隔离墙回填料的化学相容性。通过柔性壁渗透和一维固结压缩试验,研究了金属种类及浓度对改良回填料渗透系数和固结压缩特性的影响。结果表明,与清洁自来水渗透条件相比,钙、铅、铬(六价)溶液和粉煤灰渗滤液污染地下水均未引起改良回填料渗透系数的显著增加;改良回填料较优质钠基膨润土回填料具有更优越的化学相容性;用六偏磷酸钠作为钙基膨润土系竖向隔离墙材料改良剂,具有良好社会环境效益和经济效益。(6)研究了六偏磷酸钠改良钙基膨润土及回填料吸附重金属的特性。通过Batch吸附试验及pH、电导率和zeta电位测试,研究了改良钙基膨润土及改良回填料对铅、铬吸附特性的变化规律。结果表明,2%六偏磷酸钠可使钙基膨润土和回填料的最大铅吸附量增加45%和72%,最大铬吸附量增加22%和13%;改良隔离墙材料对铅的吸附能力显著优于铬;铅的吸附机理主要为离子交换和沉淀作用,铬的吸附机制为离子交换。(7)建立了六偏磷酸钠改良隔离墙阻隔重金属污染物定量评价分析模型。通过运移参数拟合及不同因素对金属离子击穿改良隔离墙时间影响的分析,论证了六偏磷酸钠改良隔离墙技术的优越性。结果表明,钙离子的水动力弥散系数约为2.29～2.86×10-10 m~2/s,受试验时间限制,未获得拟合相关运移参数所需的铅、铬击穿曲线;离子浓度及种类、改良作用、墙体厚度和水力梯度等均可影响金属离子在隔离墙中的运移特征;提出了隔离墙设计厚度和服役寿命的分析模型,为改良钙基膨润土系竖向隔离墙工程设计提供参考借鉴。